如今在智能建筑中运用了许多计算机和电子设备。计算机及其他自动化设备普遍存在着绝缘强度低、对供电电源的质量要求高、过电压耐受能力差的弱点,使得这些高灵敏的电子系统在运行时经常会由于电源的影响出现程序运行错误、数据错误、时间错误、死机、无故重新启动等故障甚至使用电设备形成*性损坏造成巨大损失。为此在智能建筑中,研究其供电电源质量实施有效的防护措施是十分必要的。
电源质量的技术指标
衡量电源质量的技术指标主要包括电压波动、频率波动、谐波和三相不平衡等。供电电源质量会受到多种因素的影响。如负荷的变化、大量非线性负载的使用、高次谐波的影响、功率因数补偿电容的投入和切断、雷电和人为故障、公共设施。如电动机、电梯等的运行等都会影响电源的品质从而降低供电电源的质量。
电压波动
理想电源电压正弦波的波形是连续、光滑、没有畸变的,其幅值和频率是稳定的。当负荷出现较大的增加时特别是临近系统内有大型设备启动时常使供电电源正弦波的幅值受到影响
产生低电压。当供电电源电压波动超过允许范围时就会使计算机和精密的电子设备运算出现错误甚至会使计算机的停电检测电路误认为停电而发出停电处理信号?? 影响计算机的正常工作。一般计算机允许电压波动范围为AC380V、220V±5%,在电压降低至额定电压的70%时。计算机就视为中断。为此《电子计算机机房设计规范》GB50174-93《以下简称《规范》对电压波动明确规定将电压波动分为A、B、C三级。见表1。
供电电源频率波动主要由于电网超负荷运行而引起发电机转速的变化所致。而计算机的外部设备大多采用同步电动机一般计算机频率允许波动范围为50HZ士1%。当供电电源频率波动超过允许范围时会使计算机信息存储的频率发生变化而产生错误甚至会导致信息丢失等。《规范》对频率波动有明确规定,将频率波动分为A、B、C 三级 见表2。
产生电源电压波形失真的主要原因是由于电网中非线性负载特别是一些大功率的可控整流装置的存在会对供电电源的电压波形产生影响。这种波形畸变,会使计算机直流电源回路中的滤波电容上的电流明显增大电容器发热，还会由于锯状波形的出现使计算机的停电检测电路误认为停电而发出停电处理信号,影响计算机的正常工作。衡量波形失真的技术指标是波形失真率, 即用电设备输入端交流电压所有高次谐波之和与基波有效值之比的百分数。《规范》对波形失真率规定分为A 、B、C 三级(见表3) 。
4 瞬变脉冲
瞬变脉冲, 又称尖峰或者电压闪变.是指在小于电网半个周期的时间内电网理想正弦波上叠加的窄脉冲。峰值电压高达20000V 持续时间界于百万分之一秒至万分之一秒的脉冲电压, 它不仅会造成电子设备产生误操作,或者造成电子设备受到干扰.数据丢失,或暂时瘫痪.严重时还可引起元器件击穿及电路板烧毁.使整个系统陷于瘫痪。引起瞬变脉冲的原因很多, 一般主要有内部过电压和雷电过电压。
5 三相不平衡
由于三相负荷分配不均等,使三相负荷电流不对称.由此产生三相负序分量。不平衡度是衡量三相负荷状态的指标主要包括电压不平衡、电流不平衡、相角不平衡。三相不平衡到什么程度才会影响计算机的稳定、可靠运行,目前尚无完整资料。只有参考厂商关于三相不平衡具体要求以保证计算机及其设备正常、稳定运行一般要求三相负荷不平衡度小于20 % 。
6 瞬间停电
如果发生电网瞬间停电.将直接影响计算机的正常运行。当电源中断1.5ms以内时可由计算机主机的大电容器放电来维持计算机的继续运行对系统无影响。在电源中断1.5ms以上时由于存储器一般采用CMOS电路, 一旦停电时间长, 计算机就会失去记忆使大量运算过程的数据丢失致使计算机运算错误乃至停机。一般维持计算机的正常运行要求电源中断的时间在1O ms之内。对于瞬间停电持续时间.《规范》中对供电质量规定分为A、B、C三级。A 级: O m s 一4 m s ;B级:4ms 一200ms;C级:200ms一1500ms以上是衡量电源质量的主要技术指标, 这些技术指标的好坏反映了电源质量的情况。将直接影响计算机系统的运行。为此应视电源污染的程度以及计算机系统对电源品质的要求,采取相应的防护措施,防止电网中其他设备的干扰,提高供电质量,使计算机系统能够稳定、可靠运行。
2 改善电源质量的方法
影响电源质量的因素是复杂的当受到污染后的电源为计算机和精密电子设备供电时对其运行是极为有害的。当供电电网的电源质量不能满足要求时, 要根据需要.采用合理的供电系统以及必要的技术措施.有针对性地消除污染电源对计算机和精密电子设备的影响。这些措施包括:采用隔离变压器、滤波器、稳压器、不间断电源等设备。以便滤除高频噪声，稳定电压与城市电网隔离、消除电压和频率的偏差以及吸收浪涌等各种干扰从而获得理想的电源。常用的几种计算机供配电系统主要有直接供电系统.隔离变压器、稳压器和滤波器组合系统及不间断供电系统等。
2.1 直接供电系统
直接供电系统就是将市电(通常为AC38OV,50HZ) 直接接至配电柜.然后再分送给计算机设备。直接供电系统只适用于电网质量的技术指标能满足计算机的要求, 且附近没有较大负荷的启动和制动以及电磁干扰很小的地方。直接供电系统优点是:供电系统简单、设备少、投资低、运行费用少、维修方便等。它的缺点是对电网质量要求高, 对电源污染没有任何防护, 易受电网负荷的变化影响等。
2.2 隔离变压器、稳压器和滤波器组合系统
隔离变压器‘稳压器和滤波器组合系统是计算机房多采用的一种配电系统。该系统可消除电网中的瞬变干扰、较大负荷的启动和制动、电压波动及电磁干扰等。该系统优点是价廉、运行可靠、维修方便、运行费用低等。它的缺点是在电网有较大频率波动和突然停电时没有防护。
2.3 不间断供电电源
不间断供电电源它是电力变流器、储能装置(蓄电池) 和开关组合成的一种电源设备。不间断供电电源具有稳压、稳频、抗干扰、防止浪涌等功能。而且, 当发生突然停电时『不间断供电电源可以对用电设备继续供电一段时间,使人们能及时处理计算机等设备中内存的信息, 或者立即启动备用电源.使计算机等设备继续工作。
2.4 瞬变浪涌保护器
暂态过电压是配电系统中zui常见的干扰形式雷电仅是一种主开关操作、无功补偿电容器及电梯等重负荷设备的投入和切除, 都会产生暂态过电压。大部分过电压的产生带有随机性和重复性,往往伴随电网中其它干扰的发生而产生。上面的几种供电系统.包括稳压电源和不间断电源均不能消除过电压因为稳压电源和不间断电源对快速脉冲过电压不能及时反应.甚至会将稳压电源和不间断电源损坏。因此.必须采用瞬变浪涌保护器来保障电子设备免受暂态过电压的干扰和侵害。综上所述随着智能建设的不断发展人们对电源质量要求也愈加严格。然而, 如何提高电源质量消除电气中的隐患.保证计算机及精密电子设备正常运行,将是工程设计人员一直要关注的问题。
金湖大华自动化仪表公司供稿
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